环境问题越来越被人们关注的今天,对各种环境污染物排放的控制日益严格。尤其我国以煤为主要能源,如何减小煤中硫分对环境的污染是一项重大课题。粉-粒喷动床半干法烟气脱硫技术白日本研究员开发成功以来,因其高脱硫率、高脱硫剂利用率、设备简单、造价低廉的优点,已成为一种极具应用前景的新型烟气脱硫技术。粉-粒喷动床半干法烟气脱硫体系是一个具有气、液、大颗粒及细粉粒子的复杂多相系统,同时发生着汽化、溶解、硫分吸收、粉体固化脱落及气流夹带等诸多物理与化学变化。研究粉-粒喷动床中的多相传递、反应特性及颗粒流化结构,可了解其内部运行规律,为喷动床反应器的优化设计提供依据,并促进多尺度反应工程理论的发展。本文以粉-粒喷动床半干法烟气脱硫体系为研究对象,深入分析粉-粒喷动床中水汽化过程与气-液-固三相反应过程,通过合理的简化假设,构建了描述水汽化规律与脱硫反应特性的物理数学模型。结合数值模拟研究方法,运用计算流体力学原理,模拟了喷动床反应器内的汽化及反应过程。结果表明,喷动床内环隙区因具有较大的传质传热面积,较长的物料停留时间,以及较高的气体流量,是发生水汽化及脱硫反应的主要区域；喷动床内大颗粒的流动结构具有明显的分层特点,内外层颗粒之间缺少横向混合,颗粒表面未能充分利用,不利于床层内的传质传热；脱硫剂在反应器中需要一个累积过程,达到一定的含量之后方可充分发挥脱硫效果。另外,本文还引入能量最小多尺度理论研究了颗粒聚团效应对气-固相间作用力及颗粒流动结构的影响,通过基于实验数据的简化求解方法求解能量最小多尺度模型的复杂非线性方程组,获得了非均匀结构的拟合曳力系数模型。模拟结果表明,能量最小多尺度模型能够预测因非均匀结构而导致的气-固相间曳力大幅降低,并能更好地吻合实验数据；基于实验数据的简化求解方法合理可靠,且避免了迭代求解非线性方程组的巨大计算量。